C++多线程教程-1.2.3 C++并发编程的平台无关性

本部分内容属于：
C++并发编程系列-基于标准库
第一部分：并发编程基础与C++线程模型
1.2 C++的并发编程演进
1.2.3 C++并发编程的平台无关性
其它章节内容请查看对应章节。

1.2.3 C++并发编程的平台无关性

1.2.3 C++并发编程的平台无关性（对比平台原生API）

一、平台无关性的核心价值

在C++11引入标准并发库之前，开发者实现多线程必须依赖操作系统原生API（如Linux的pthread、Windows的Win32 Thread API），这类API完全绑定特定平台，导致代码无法跨平台复用------基于pthread编写的Linux多线程程序，直接移植到Windows会因API不兼容完全无法编译；反之亦然。

C++11/17标准库通过抽象层封装 操作系统的线程原语，提供了统一的并发编程接口（如std::thread、std::mutex），开发者只需编写一套代码，即可在所有支持C++11及以上标准的编译器/平台（Linux、Windows、macOS等）上运行，无需针对不同平台修改核心逻辑，这就是C++并发编程的平台无关性。

二、平台原生API与C++标准库的对比

1. 核心差异对比表

维度	平台原生API（pthread/Win32）	C++标准库（std::thread）
平台兼容性	仅支持特定平台（pthread：Linux/macOS；Win32：Windows）	跨所有C++11+兼容平台
API风格	基于C语言的函数式接口（裸指针、错误码返回）	面向对象封装（类/成员函数）
错误处理	返回错误码（需手动检查）	抛出异常（std::system_error）
资源管理	手动释放（如pthread_join/pthread_detach）	可结合RAII自动管理
代码可读性	低（需记忆平台特定常量/函数名）	高（语义化命名，统一接口）

2. 代码示例对比：创建并运行一个简单线程

示例1：Linux平台（pthread）实现

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

// 线程执行函数（pthread要求返回void*，参数为void*）
void* thread_func(void* arg) {
    int thread_num = *(int*)arg;
    // 打印线程编号
    printf("Linux pthread: Thread %d is running\n", thread_num);
    // 模拟耗时操作
    sleep(1);
    printf("Linux pthread: Thread %d finished\n", thread_num);
    return nullptr;
}

int main() {
    pthread_t tid;  // 线程ID（平台特定类型）
    int num = 1;
    
    // 创建线程：成功返回0，失败返回错误码
    int ret = pthread_create(&tid, nullptr, thread_func, &num);
    if (ret != 0) {
        perror("Failed to create thread");
        return 1;
    }
    
    // 等待线程结束（手动检查返回值）
    ret = pthread_join(tid, nullptr);
    if (ret != 0) {
        perror("Failed to join thread");
        return 1;
    }
    
    printf("Main thread finished\n");
    return 0;
}

编译与运行命令（Linux）：

Bash 复制代码

g++ pthread_demo.cpp -o pthread_demo -lpthread
./pthread_demo

输出结果：

Plain 复制代码

Linux pthread: Thread 1 is running
Linux pthread: Thread 1 finished
Main thread finished

示例2：Windows平台（Win32 API）实现

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <windows.h>

// 线程执行函数（Win32要求返回DWORD，参数为LPVOID）
DWORD WINAPI thread_func(LPVOID arg) {
    int thread_num = *(int*)arg;
    printf("Windows Win32: Thread %d is running\n", thread_num);
    // 模拟耗时操作（Win32的Sleep单位是毫秒）
    Sleep(1000);
    printf("Windows Win32: Thread %d finished\n", thread_num);
    return 0;
}

int main() {
    HANDLE hThread;  // 线程句柄（平台特定类型）
    DWORD threadId;  // 线程ID
    int num = 1;
    
    // 创建线程：失败返回NULL
    hThread = CreateThread(
        nullptr,        // 安全属性
        0,              // 栈大小（0为默认）
        thread_func,    // 线程函数
        &num,           // 传递参数
        0,              // 创建后立即运行
        &threadId       // 输出线程ID
    );
    if (hThread == NULL) {
        printf("Failed to create thread, error: %d\n", GetLastError());
        return 1;
    }
    
    // 等待线程结束
    WaitForSingleObject(hThread, INFINITE);
    // 关闭线程句柄（手动释放资源）
    CloseHandle(hThread);
    
    printf("Main thread finished\n");
    return 0;
}

编译与运行（Windows，需用MSVC编译器）：

Bash 复制代码

cl win32_thread_demo.cpp
win32_thread_demo.exe

输出结果：

Plain 复制代码

Windows Win32: Thread 1 is running
Windows Win32: Thread 1 finished
Main thread finished

示例3：C++17标准库（std::thread）实现（跨平台）

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <thread>   // 统一的线程头文件
#include <chrono>   // 跨平台时间库

// 线程执行函数（普通函数，无平台特定约束）
void thread_func(int thread_num) {
    std::cout << "C++ std::thread: Thread " << thread_num << " is running\n";
    // 跨平台睡眠1秒（chrono是标准库，无需区分ms/s）
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    std::cout << "C++ std::thread: Thread " << thread_num << " finished\n";
}

int main() {
    try {
        // 创建线程（面向对象方式，参数直接传递）
        std::thread t(thread_func, 1);
        
        // 等待线程结束（异常安全，失败抛std::system_error）
        t.join();
        
        std::cout << "Main thread finished\n";
    } catch (const std::system_error& e) {
        // 统一的异常处理（跨平台错误信息）
        std::cerr << "Error: " << e.what() << ", code: " << e.code() << std::endl;
        return 1;
    }
    return 0;
}

编译与运行命令：

Linux/macOS：g++ cpp_thread_demo.cpp -o cpp_thread_demo -std=c++17 -pthread && ./cpp_thread_demo
Windows（MSVC）：cl /std:c++17 cpp_thread_demo.cpp /EHsc && cpp_thread_demo.exe

输出结果（所有平台一致）：

Plain 复制代码

C++ std::thread: Thread 1 is running
C++ std::thread: Thread 1 finished
Main thread finished

三、C++平台无关性的实现原理

C++标准库并未重新实现线程，而是对不同平台的原生API做了封装：

编译器/标准库实现者会根据目标平台，将std::thread的构造函数映射到对应的原生API（Linux映射到pthread_create，Windows映射到CreateThread）；
标准库统一了错误处理方式（将平台错误码转换为std::system_error异常）；
标准库抽象了平台特定的类型（如pthread_t/HANDLE统一为std::thread对象，std::thread::id统一线程ID表示）。

这种封装对开发者完全透明，你只需调用标准库接口，底层的平台差异由编译器和标准库自动处理。

四、平台无关性的边界与注意事项

完全平台无关的前提 ：仅使用C++11/17标准库提供的并发组件（std::thread、std::mutex、std::atomic等），避免直接调用pthread_*/CreateThread等平台API；
部分扩展特性仍依赖平台：如线程优先级、栈大小设置，C++17标准未做统一规定，需通过平台扩展接口实现（后续2.2.2节会详细讲解）；
编译器兼容性：需确保目标平台的编译器支持对应的C++标准（如GCC 5+、Clang 3.8+、MSVC 2017+均支持C++17并发特性）。

总结

C++11/17并发库通过封装平台原生线程API，实现了跨平台的统一接口，解决了原生API平台绑定、代码不可复用的问题；
对比原生API，C++标准库提供了更友好的面向对象接口、统一的异常处理和更易读的语义化命名；
C++平台无关性的核心是"抽象封装"而非"重新实现"，但需注意仅使用标准库组件才能保证完全跨平台，扩展特性仍需适配平台。